而就在周衛國所部忙着訓練新兵的時候，八路軍總部在正太線的破襲戰也進入了尾聲！
百團大戰並不是一場倉促之間的戰役，這是一場由八路軍總部籌劃了很長時間，並準備了幾個月的一場大規模的反擊戰。
經過幾天的快速反擊，八路軍各部隊都爆發出了強大的戰鬥力，短短几天的時間就在正太線取得重大勝利，第一步戰役目標基本實現。
不過日軍的反應也很迅速， 筱塚的第1軍在弄清情況後，即調動部隊向正太路沿線增援，同時令駐於平漢路北段的部隊，在鐵路沿線地區，對八路軍進行掃蕩。
在筱冢義男的命令下，第1軍迅速調集了10個步兵大隊的兵力，在飛機大炮以及坦克部隊的配合下，對在正太鐵路以南昔陽、和順地區的129師進行圍攻。
筱冢義男先是命令獨立混成第4旅團，以所屬4個獨立步兵大隊，及配屬第36師團的1個步兵大隊，在西部獨立混成第9旅團的配合下，對正太鐵路以南的129師進行包圍作戰。
而獨立混成第9旅團，以所屬3個步兵大隊，及配屬第36師團、第41師團各1個步兵大隊的強大兵力，由榆次、太谷向東進攻，與獨立混成第4旅團配合，從東、南、西、北，對129師部隊進行合圍。
與此同時，駐山西第一軍還調集南線用於應付中條山沿線國軍的第36、第37、第41師，這幾個師團的主力部隊開始收縮兵力，隨時準備北援正太路。
在這情況下，八路軍總部於26日下達了第二步行動方案，爲給第二步行動創造有利條件，八路軍總部於27日、29日一再強調繼續破路和集中優勢兵力殲滅出犯或增援的1個大隊以下的日軍部隊。
根據八路軍總部的指示，晉察冀軍區在8月27日命右縱隊繼續破路1、2天，爲接下來的戰鬥做準備。
而第129師除以部分兵力監視各據點日軍外，主力每日輪班破路。在第129師連續破襲下，正太路西段除壽陽、陽泉等少數城鎮外，基本被破壞，交通斷絕。
9月2日，八路軍總部命令：從9月3日起結束正太鐵路沿線的戰役；各集團按8月26日命令的第二步行動方針轉移兵力，乘正太路遭破壞後，敵不能轉移兵力的有利時機，完成第二步計劃的任務。
晉察冀軍區按照總部26日命令，組織進行盂北戰役。第129師由於日軍主力反擊，轉入打擊出犯日軍的作戰，對進擊和遼公路，收復和、遼兩城的任務，留待下階段完成。
9月2日，晉察冀軍區以第2、第5、第16、第19團參加主要方向作戰，立即向盂縣和壽陽以北出動，收復該地區內的敵據點。
由於正太線的破襲戰，使盂縣以北日軍主力南調增援，守備兵力減弱，各據點已感到恐慌，晉察冀軍區部隊展開銳猛攻勢後，不少據點守軍開始動搖。
隨後下社日軍在上社日軍接應下，退到上社，與上社日軍一同連夜向盂縣方向逃跑。
接着晉察冀軍區第19團趕到上社附近後，即與第2軍分區特務營向逃敵展開追擊。
此時，第19團進至神泉、普田地區的第1營截斷了日軍退向盂縣的道路，並將該敵包圍於興道村。
經5小時激戰，殲其大部，殘敵80餘東逃羅裏掌山，復陷於第19、第5、第16團包圍之中。
9月4日，日軍抽調2000餘人增援盂縣地區，開始反撲。
幾天後，晉察冀軍區命令第19、第5團留盂縣以東以北地區待命，準備配合第129、第120師行動；其餘各團向
根據地東部、東北部轉移，準備執行新任務。
而在此時，正太線方向的戰鬥也有了新的變化，129師對日軍的合圍實施了反擊。
在日軍主力轉取反攻的形勢下，第129師各路破擊隊即由破擊作戰轉入打擊出犯日軍的作戰。
左翼隊連日在高坪、道坪、紅凹、中蘭、卷峪溝地區予敵打擊。特別是卷峪溝約15個小時的阻擊戰，斃傷敵500餘人，掩護師指揮機關、後勤部門及右翼隊的轉移，戰鬥後左翼隊亦安全轉移到外線。
9月6日，左翼隊、第772團將太谷出犯之日軍500多人包圍於榆社西北的雙峯地區，激戰一晝夜，殲敵800餘。
而第385旅也於6日於張建設伏，重創向遼縣撤退的日軍，殲敵三百多人。
右翼隊於9月3日離開正太線向根據地轉移，曾在平定以西打擊陽泉出擾日軍，消滅日軍100餘人。
隨後，部隊即行分散，展開游擊戰，第129師粉碎了日軍萬餘兵力的連續反擊。
而八路軍其他部隊也各有斬獲，截止9月上旬，各部隊全部完成預定的作戰目標，第一階段的作戰圓滿結束。
第一階段的戰役結束之後，八路軍總部隨即統計戰果，並且向延安方面和重慶方面報捷。
在接到八路軍總部上呈上來的捷報之後，重慶的諸公對此還是非常滿意的，一方面是因爲八路軍總部的此次大規模的反擊極大的減輕了山西戰場國軍的壓力。
尤其是在八路軍在正太線發動大規模的破襲戰之後，日軍駐山西第一軍一度將用來壓制衛立煌所部的幾個野戰師團全都調動了起來，準備北上增援正太線的戰鬥。
而在臨汾等地，二戰區的部隊也可以稍稍喘口氣了，前段時間閻老西和他的晉綏軍在日軍的短切突襲的戰術下，被打的丟盔棄甲，大有繼續西撤的意思。
一旦晉綏軍西撤，必然要和陝西的蔣鼎文以及小西北軍的孫蔚如所部搶地盤，這必然又是一通亂子，因此蔣委員長是絕對不希望晉綏軍撤到陝西腹地的。
眼下日軍被八路軍搞的焦頭爛額的，閻老西那邊也可以緩口氣了，這個危機也可暫時消除了。
當然了，最讓蔣委員長高興的是，八路軍此戰雖然重創了日軍，但是自身損失也不小，根據八路軍總部上呈上來的電報得知，此戰八路軍共造成萬餘傷亡。
儘管老蔣也知道八路軍的傷亡數字肯定是有水分的，但是即便是打個五折也有五六千的損失，這種坐上觀虎鬥的感覺真好。
得了好處總不能不聞不問吧，那樣的話喫相就太難看了，因此思之再三，重慶方面特於9月11日對八路軍的英勇作戰致電嘉獎，電文爲：
“朱副司令長官、彭副總司令：迭電均悉，貴部窺破時機，切斷華北交通，予敵甚大打擊，特電嘉獎。除電飭其他各戰區出擊，以策應貴部作戰外，仍希速飭所部積圾行動，勿與敵喘息機會，徹底斷絕其交通爲要。中正！”
與此同時，延安方面也有新的指示：“根據七七宣言與七七決定，我八路軍新四軍全部力量，在目前加強團結時期，應集中其主要注意力於打擊日軍，應仿照華北百團戰役先例，在山東及華中組織一次至幾次有計劃的大規模的對敵進攻行動，在華北則應擴大百團戰役行動到那些尚未遭受打擊的日軍方面去，用以縮小敵佔區，擴大根據地，打通封鎖線，提高戰鬥力……”
在此情況下，八路軍總部在9月16日下達了百團大戰第二階段作戰命令。